DE8800074U1

DE8800074U1 - Pumpenlaufrad für Kreiselpumpe

Info

Publication number: DE8800074U1
Application number: DE8800074U
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1988-01-07
Publication date: 1988-02-18
Also published as: CH672532A5

Description

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur (Schweiz) Pumpenlaufrad für Kreiselpumpe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pumpe&eegr;laufrad für eine Kreiselpumpe.

Für Pumpen, die auch im Ueberlastbereich ein gutes Saugverhalten aufweisen sollen, verwendet man Pumpenräder mit einem möglichst grossen Strömungsquerschnitt am Laufradkanal-Eintritt, den man auch den kleinsten Durchgangsquerschnitt des Laufradkanals oder kurz den kleinsten Durchgang nennt. Dies kann etwa dadurch erreicht werden, dass der Schaufeleintrittswinkel des Saugrades möglichst gross gemacht wird. Je grosser der Schaufeleintrittswinkel des Schaufelrades gemacht wird, desto grosser ist auch der Ströroungsquerschnitt am Schaufelkanaleintritt oder kleinsten Durchgang.

Diese Massnahme hat aber zur Folge, dass der Schaufeleintrittswinkel relativ gross wird. Der Unterschied zwischen dem Strömungswinkel der Förderflüssigkeit und dem Schaufeleintrittswinkel wird dann ebenfalls relativ gross. Dadurch können sich auf der Saugseite der Laufradschaufeln über eine gewisse Länge Dampfblasen der Förderflüssigkeit, sogenannte Kavitationsblasen, bilden, die an

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den Schaufeln implodieren und zu Kavitationsschäden führen, welche Lebensdauer und Wirkungsgrad einer Pumpe ungünstig beeinflussen. Es müssen also Massnahmen getroffen werden, welche geeignet sind, die Länge der Kavitationsblasen so weit zu reduzieren, dass diese keine Schäden verursachen können. Die zulässige Länge der Kavitationfiblasen ist unter anderem von den Betriebsbedingungen des Pumpenlaufrades abhängig und kann zwischen nur einigen Millimetern und einigen Zentimetern liegen. ],

Der Bildung der Kavitationsblasen kann entgegengewirkt ~_;\

werden, indem der Schaufeleintrittswinkel möglichst klein jf gemacht wird, sodass Strömungswinkel und Schaufeleintrittswinkel nur wenig verschieden sind. Der Strömungswinkel der Förderflüssigkeit kann sogar mehrere Grade grosser als der Schaufeleintrittswinkel sein.

Die beiden Forderungen, einerseits den Strömungsquer-Bchnitt am Kanaleintritt möglichst gross zu machen und anderseits den Schaufeleintrittswinkel klein zu machen,

um damit das Bilden von Kavitationsblasen und damit das &iacgr;

Auftreten von Kavitationsschäden zu verhindern, sind aber ^ widersprüchlich, indem sie nach gegensätzlichen Massnah- | men am Pumpenrad und insbesondere an den Pumpenradschau- 4

fein verlangen. Deshalb sind bisherige Pumpenlaufräder mit gutem Ueberlastverhalten immer eine Kompromisslösung, und je nach Verwendungszweck und Einsatzgebiet einer Pumpe wird die Forderung nach besserem Saugverhalten oder geringerer Kavitationsanfälligkeit, beispielsweise im _s

Ueberlastbetrieb, bei der Konstruktion des Pumpenlaufrades stärker berücksichtigt.

Die vorliegende Erfindung schafft ein in dieser Hinsicht wesentlich verbessertes Pumpenrad. Die Erfindung hat zur Aufgabe, ein Laufrad für eine Saugstufe zu schaffen, das

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bei geringer Kavitationsanfälligkeit im normalen Betrit.bsbereich eine verbesserte Saugfähigkeit im üeberlastbereich aufweist. Erfindungsgemäss ist ein derartiges Fumpenlaufrad dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Stromlinien der Laufradschaufeln, in Strö-■lungsrichtung betrachtet, einen Abschnitt aufweist, in Welchem der Schaufelwinkel grosser wird bis zu einem •iendebereich und dann wieder kleiner wird, und dass dieser Abschnitt vollständig vor dem Schaufelkanaleintritt liegt oder durch den Schaufelkanaleintritt Verläuft.

Ein derartiges Pumpenrad besitzt einerseits einen kleinen tchaufeleintrittswinkel und damit eine geringe Neigung tür Blasenbildung im Ueberlastbetrieb, womit die Gefahr Äer Beschädigung des Pumpenlaufrades durch Kavitation vermindert wird. Anderseits weist ein derartiges Pumpenlaufrad gleichzeitig eine stark verbesserte Saugfähigkeit im Ueberlastbereich auf, da der Einlaufquerschnitt, d.h. Äer kleinste Durchgang am Laufradkanal, verglichen mit tumpenlaufrädern bekannter Konstruktion grosser ist. Mit Äieser Ausführung, die, betrachtet entlang der Stromlinien, nicht einen konstanten oder sich nur in einer Richtung verändernden, d.h. zunehmenden oder abnehmenden ßchaufelwinkel aufweist, zeigen die Schaufeln beispielsweise im Bereich zwischen Schaufeleintritt und kleinstem Durchgang einen zunehmenden und abnehmenden Schaufelwinkelverlauf. In der Abwicklung der Stromlinien der Laufradschaufelflächen äussert sich dies in einem S-ähnlichen Schaufelwinkelverlauf. Der Verlauf des Schaufelwinkels, in Strömungsrichtung, nach diesem S-ähnlichen Abschnitt betrachtet, bis zum Schaufelaustritt, kann dann wieder zunehmend, abnehmend oder gleichbleibend ausgeführt sein.

Der AL-3c;t/ j.t u . s Sc'hciuf elwinkel verlauf s mit zunehmei.dem und abnehmendem Schaufelwinkel und dazwischenliegendere Wendebereich kann sich aber auch bis in den Schaufelkanal erstrecken.

Bei der Konstruktion dieses 3-ähnlichen Abschnitts ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Abweichung gegenüber einer Schaufel mit bekannter Form der Abwicklung allenfalls nicht zu gross gewählt wii'u, damit im "Leillastbetrieb der störende Teillastwirbel nicht zu Rückströmungen führt, welche die Ursache einer erhöhten Neigung zu Kavitation auf den druckseitigen Laufradschaufelflächen führt. Weiter empfiehlt es sich, die Neigung der Q-t-1-Kennlinie zu Instabilität in Grenzen zu halten. Dies kann aber beispielsweise mit der Wahl eines sanften, stetigen Verlaufs des S-förmigen Abschnitts der Abwicklung erreicht werden, der nicht übermässig vom Verlauf bisheriger Abwicklungen abweicht, welche keinen Abschnitt mit zunehmendem und abnehmendem Schaufelwinkel sowie dazwischenliegendem Wendebereich aufweisen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung derartiger Pumpenlaufräder als Sauglaufräder in Pumpen mit hohen Druckunterschieden zwischen Eingang und Ausgang der einzelnen Pumpenstufen von etwa 15 bar und mehr, wie dies beispielsweise bei Kesselspeisepumpen der Fall ist. Ein anderes Verwendungsgebiet dieser A»-t von Pumpenlauf rädern liegt bei Laufrädern mit kleiner Schaufelzahl von weniger als sschs Schaufeln oder mit kleinem Schaufelwinkel, und insbesondere bei Laufrädern mit kleinem Einrittswinkel und folglich kleinem Schaufelkanal-Eintrittsquerschnitt, wie dies etwa bei Abv-asserpumpen der Fall sein kann. Mt der erfindungsgemässen Ausbildung des Laufrades wira die zulässige, noch förderbare Feststoffgrösse bzw.

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Korngrösse, aufgrund des damit erreichbaren grösseren Schaufelabstandes, d.h. des vergrösserten kleinsten Durchgangs, grosser.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen Darstellungen der Abwicklung der Stromlinien von erfindungsgemässen Laufradsehaufelf lachen. Diese Darstellung wird in der bekannten Kaplan'sehen Konstruktionsmethode für Pumpenräder verwendet, bei der aus eben diesen Abwicklungen und den Radialschnittkurven die Höhenkurven der Schaufelflächen konstruiert werden. Die Kaplan'sehe Methode ist beispielsweise im Buch A.J. Stepanoff "Radial- und Axialpumpen", Springer-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1959, Seite 76 ff., aber auch in vielen anderen Lehrbüchern, beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Abwicklung von Stromlinien von Schaufeln eines Pumpenrades, bei dem der erfindungsgemässe Abschnitt im Bereich zwischen Schaufeleintritt und Schaufelkanaleintritt liegt,

Fig. 2 die Abwicklung von Stromlinien von Schaufeln eines Pumpenrades, bei dem der erfindungsgemässe Abschnitt durch den Schaufelkanaleintritt verläuft,

Fig. 3 die Abwicklung von Stromlinien der Schaufeln eines erfindungsgemässen Pumpenrades, welche saug- und druckseitig verschieden verlaufen·

In beiden Fig. 1 und 2 verlaufen die Stromlinien 1, 2, 3 und 4 bzw. 5, 6, 7 und 8 von den Eintrittskanten El, E2, E3 und E4 bzw. E5, E6, E7 und E zu den jeweiligen Austrittskanten Al, A2, A3 und A4 (nicht gezeichnet) bzw. A5, A6, A7 und A8 (ebenfalls nicht gezeichnet). Der Schaufel winkel (&bgr;) jedes Punktes der Stromlinien ist durch den Winkel zwischen der Tangente an die Stromlinie in diesem Punkt und den beiden parallelen Geraden E bzw. EE und A bzw. AA den Abwicklungen der Verbindungkreise der Eintritts- bzw. Austrittskanten dargestellt. Vereinfachend ist in beiden Figuren weiter angenommen, dass die Dicke der einzelnen Schaufeln gleich Null sei. Modellmässig entspricht dies weitgehend einem Pumpenrad, mit saug- und druckseitig gleichgeformten hinteren und vorderen Schaufelflächen. Es ist aber selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf Pumpenlaufräder mit derartigen Schaufeln beschränkt sein soll, sondern dass die Gestaltung der Laufradschaufeln nach der Erfindung auch für Pumpenlaufräder Vorteile bringt, die nicht nur parallele bzw. gleichgeformte Schaufelflächen aufweisen, sondern ein besonders günstiges Strömungsprofil haben, wie dies schematisch in Fig. 3 gezeigt ist.

Der kleinste Durchgang zwischen zwei Stromlinien ist in den schematischen Fig. 1 und Fig. 2 mit den Geraden D12, D23 und D34 bzw. D56, D67 und D78 veranschaulicht. Diese Geraden gehören zu den Flächen, welche den kleinsten Durchgangsquerschnitt zwischen den Schaufeln bilden. Die Geraden verlaufen vom Profilradius der Eintrittskante zur Saugseite der nächsten, gegenüberliegenden Schaufel.

Beim Pumpenrad von Fig. 1 befinden sich die Abschnitte BlCl, B2C2, B3C3, mit zunehmendem Schaufelwinkel &bgr; in den Bereichen BlWl, B2W2, B3W3, dann abnehmendem

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Schaufelwinkel &bgr; in den Bereichen WlCl, W2C2, W3C3 und dazwischenliegendem Wendebereich des Schaufelwinkels Wl, W2, W3, der hier ein Wendepunkt ist, vor dem zugeordneten Kanaleintritt. Durch den erfindungsgemässen Abschnitt wird hier der kleinste Durchgang um FlGl, F2G2 bzw. F3G3 vergrössert, was das Saugverhalten des Pumpenlaufrades wesentlich verbessert, ohne dass der Schaufeleintrittswinkel, d.h. der Schaufelwinkel an der Eintrittskante El, E2 bzw. E3, vergrössert wurde. Damit wird bei verbesserter Saugfähigkeit die Neigung zur Bildung von Kavitationsblasen auf der Saugseite der Pumpenradschaufel nicht erhöht. Im Gegenteil, es ist nach der Erfindung sogar möglich, den Schaufeleintrittswinkel kleiner zu machen und die Kavitationsai ."Fälligkeit gegenüber einem Pumpenrad nach bisheriger Bauart zu veringern und gleichzeitig das Saugvermögen im Oeberlastbereich zu erhöhen.

Beim Pumpenrad nach Fig. 2 verlaufen die Abschnitte mit zunehmendem Schaufelwinkel &bgr; B5W51, B6W61, B7W71, und die Abschnitte W52C5 bzw. W52C5¹, W62C6 bzw. W62C6¹, W72C7 bzw. W72C7' mit abnehmenden» Schaufelwinkel mit dazwischenliegendem Wendebereich W51W52, W61W62 bzw. W71W72 der, wie hier gezeigt, ein Bereich mit aufeinanderfolgenden Punkten mit gleichem Schaufelwinkel sein kann - durch den Schaufelkanaleintritt oder Kanaleintritt D56, D67 bzw. D78. Auch bei diesem Beispiel wird der Kanaleintritt oder kleinste Durchgang um F5G5, F6G6 bzw. F7G7 vergrössert und damit die Saugfähigkeit des Pumpenrades im Ueberlastbereich verbessert, ohne dass die Kavitationsanfälligkeit im normalen Betriebszustand steigen würde. In diesem Beispiel verläuft der Wendebereich durch den kleinsten Durchgang D56, D67, D78, was in vielen Fallen

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aufgrund von konstruktiven Ueberlegungen, bei Pumpen für bestimmte Anwendungsfälle, nicht möglich ist.

Bei den in Fig. 3 gezeigten Abwicklungen von Stromlinien von Schaufeln 8, 9 eines erfindungsgemässen Pumpenrades, ist der Verlauf der saugseitigen Stromlinien 81, 91 und druckseitigen Stromlinien 82, 92 deutlich verschieden. Sowohl die Länge B81C81, B91C91 bzw. B82C82, B92C92 der erfindungsgemässen Abschnitte, als auch die Grosse der in diesen Abschnitten erreichten kleinsten und grösster Schaufelwinkel sind verschieden. Die erfindungsgemässen Abschnitte B81C81, B82C82, B91C91, B92C92 der druckseitigen Stromlinien 82, 92 und der saugseitigen Stromlinien 81, 92 verlaufen in diesem Beispiel durch den Schaufelkanaleintritt D89. Es wäre auch ein Pumpenlaufrad möglich, bei welchem nur Stromlinien 81, 91 der saugseitigen Schaufelflächen den erfindungsgemässen S-förmigen Abechnitt aufweisen.

Obschon der Verlauf des Schaufelwinkels bei den gezeigten beispielen nach dem Abschnitt mit zunehmendem und dann abnehmendem Schaufelwinkel und dazwischenliegendem Wendebereich konstant bleibt, soll die Erfindung nicht Auf derartige Ausführungsformen beschränkt bleiben. Vielmehr kann der Verlauf des Schaufelwinkels nach dem erfindungsgemässen Abschnitt beliebig verlaufen, also, zunehmen, abnehmen bzw. Wendebereiche aufweisen. Häufig wird der Verlauf des Schaufelwinkels in diesem, dem erfindungsgemässen Abschnitt folgenden Bereich so gewählt, dass der Austrittswinkel, d.h. der Schaufelwinkal an der Austrittskante Al, A2, A3, A5, A5¹, A6, A6', A7, A7*, einen ursprünglich vorgegebenen Wert erreicht. Es ist auch möglich, dass nur ein Teil der Stromlinien der Schaufelflächen, beispielsweise diejenigen im äusseren

Bereich der Schaufeln des Pumpenlaufrades und/oder nur ein Teil der Schaufelflächen des Pumpenlaufrades, beispielsweise nur die saug- oder druckseitigen Flächen, einen erfindungsgemässen Abschnitt aufweisen. Es ist zudem auch denkbar, dass der erfindungsgemässe Abschnitt sich bis zur Austrittskante Al, A2, A3, A5, A5', A6, A6', A7, A7¹ erstreckt, indem der Schaufelwinkel entlang der Stromlinien bis zur ÄustriLtskanLe kieinei' wird. Genauso ist es denkbar, dass der Bereich des erfindungsgemässen Abschnitts an der Eintrittskante El, E2, E3, E4, E5, E7, E8 oder in deren unmittelbarer Nähe beginnt.

Claims

- &iacgr;&ogr; - Schutz anspräche

1. Pumpenlaufrad für Kreiselpumpe, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens ein Teil der Stromlinien (1, 2, 3) der Laufradschaufeln, in Strömungsrichtung betrachtet, einen Abschnitt (BlCl, B2C2, B3C3) aufweist, in welchem der Schaufelwinkel <. ß) grosser wird bis zu einem Wendebereich (Wl, W2, W3) und dann wieder kleiner wird, und dass dieser Abschnitt vollständig vor dem Schaufelkanaleintritt (D12, D23, D34) liegt oder durch den Schaufelkanaleintritt verläuft.

2. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da£3 der Schaufelwinkel (/ö) im Wendebereich (Wl, W2, W3>' über den Verlauf der ganzen Stromlinien (1, 2, 3) betrachtet, de? grösste Schaufelwinkel überhaupt ist.

3. Pumpenlaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufelwinkel (/3), über den Verlauf der ganzen Stromlinien (1, 2, 3) betrachtet, ausserhalb des Abschnitts grössere Werte annimmt, als den Wert im Wendebereich (Wl, W2, W3).

4. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche J. bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaufeleintrittswinkel ( /3 in El, E2, E3, E4) zwischen 0° und 40° beträgt und im Wendebereich (Wl, W2, W3) der Schaufelwinkel bis zu 25° grosser ist als der Schaufeleintrittswinkel .

5. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wendebereich ein

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zusammenhängender Bereich mehrerer Punkte mit gleichem Wert des SchaufelwinkeIs ist.

6. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Wendebereich durch den Schaufelkanaleintritt verläuft.

7. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wendebereich ein Wendepunkt ist.

8. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nur Stromlinien der einen Fläche der Laufradschaufeln den genannten Abschnitt (BlCl, B2C2, B3C3) aufweisen.

9. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur durch den äusseren Bereich der Eintrittskante (El, E2, E3, E4) verlaufende Stromlinien den genannten Abschnitt (BlCl, B2C2, B3C3) aufweisen.

10. Pumpenlaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Stromlinien (1, 2, 3) der Laufradschaufeln den genannten Abschnitt (BlCl, B2C2, B3C3) aufweisen.